Вопрос №15 Алгоритм записи/считывания

Впервые использование дополнительной памяти для хранения копий блоков ОП было предложено Уилксом в 1965г. в процессе разработки ЭВМ «Атлас» (Atlas). Эта память получила название подчинённой или Slave Memory. В последствии стал использоваться термин КЭШ («убежище»), т.к. такая память скрыта тот программиста и он не может её адресовать. Впервые КЭШ-память появилась в ЭВМ в модели 8Бсемейства IBM 360. Выбор ёмкости КЭШа определяет компромисс:

Небольшая величина емкости уменьшает стоимость, габариты, но требует частого обновления. Большая величина емкости увеличивает быстродействие всей системы но увеличивается и время поиска данных КЭШа, кроме того увеличивается стоимость. Оптимальный размер до 512 Кбайт.

Существуют следующие варианты записи данных из КЭШа в ОП:

1. Сквозная запись (WT) предусматривает одновременное выполнение каждой операции записи в КЭШ и ОП, но при этом проц. приходится выполнять длительный цикл памяти. Обеспечивается сохранность данных, алгоритм простой (реализация). Как вариант возможно выполнение отложенной записи, в которой данные переписываются из ОП в буфер во время свободных тактов шины.

2. Обратная запись (WR) – данные переписываются в КЭШ при изменении информации во всём множестве КЭШа Уменьшается кол-во операций записи в ОП (+). Данный алгоритм сложнее реализовать т.к. требуется обработка дополнительных сигналов для «выгрузки» множеств в ОП (-) Используется в современных ЭВМ

Способы отображения ОП на КЭШ (считывание). сущность отображения блока ОП на КЭШ состоит в:

1. Копировании этого блока в каждую строку КЭША

2. Переадресации всех обращений к ОП на соответствующую строку.

Удачным считается такой способ, который одновременно отвечает 3-м требованиям.

• обеспечить быстр. КЭШа на наличие в нём копий блока ОП

• быстрое преобразование адреса блока ОП в адрес строки КЭШа

• использует наиболее экономичные средства

Способы отображения ОП на КЭШе:

Вопрос №19 Прямое отображение КЕШ – простой и недорогой в реализации способ. Особенность – жёсткое закрепление за определенными блоками ОП 1-ой строки в КЭШе. Это можно считать недостатком т.к. если программа обращается поочерёдно к словам из 2-ух различных блоков, отображается на одну и ту же строку КЭша, постоянно будут происходить обновления данной строки и вероятность попадания – низкой.

чаще всего используется во внешней КЭШ

Вопрос №18 Ассоциативный КЭШ – данный алгоритм позволяет преодолеть недостаток прямого, разрешая загрузку любого блока ОП в любую строку КЭШа. Логика управления КЭШа выделяет в адрес ОП 2 поля: поле тэга и поле слова. Поле тэга совпадает с адресом основной памяти. Для проверки наличия копий блока в КЭШе необходимо проверить тэги всех строк на совпадение с полями тэга адреса. Для реализации такого алгоритма требуется либо последовательный перебор всех тэгов (время) или 14 параллельный анализ всех тэгов, что является сложной аппаратной задачей, один из способов решения которой использование ассоциативной памяти которая является дорогой.

Использование данного алгоритма возможно при небольшом объёме первичного КЭШа.

Вопрос №17 Наборо-конструктивный КЭШ (множественно-ассоциативный) Является одним из возможных компромиссов, сочетающим достоинства прямого и ассоциативного способов. КЭШ (память тэгов и данных) разбивается на множества, каждое из которых содержит несколько полей (строк). Каждый блок памяти может претендовать на несколько строк КЭШа объединен. в множество. Можно считать что в этой архитектуре есть несколько параллельно и согласованно работающих каналов прямого отображения. При этом контроллеру КЭШа приходится принимать решение о том какую из строк множества помещать в очередной блок данных. Широко используется в современных процессорах в первичном КЭШе.